Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Bilim adamlarının artan kuantum mekaniği ustalığı, yeni bir inovasyon çağını müjdeliyor."
Quantum Internet Breakthrough – Bell State Analyzer Presents Giant Leap Toward Fully Quantum Internet
Doğanın en küçük ölçekteki gücünden yararlanan teknolojiler, günümüzün önde gelen sistemlerinden katlanarak daha güçlü bilgisayarlara, bulunması zor karanlık maddeyi tespit edebilen sensörlere ve neredeyse kopmaz bir kuantum internete kadar geniş bilimsel yelpazede muazzam bir potansiyel gösteriyor.
Kuantum Bilgisayar İşlemcisi
Energy's Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, SRI International, Freedom Photonics ve Purdue Üniversitesi Departmanı'ndaki araştırmacılar, frekans kutusu kodlaması için ilk Bell durum analizörünü tasarlayıp göstererek tamamen kuantum bir internete doğru adım attılar.
Bulguları Optica'da yayınlandı.
ORNL Optik Laboratuvarı
ORNL'den Joseph Lukens, bir optik laboratuvarında deneyler yürütüyor. Kaynak: Jason Richards/ORNL, ABD Enerji Bakanlığı
Bilgi bir kuantum ağı üzerinden gönderilmeden önce, önce bir kuantum durumuna kodlanmalıdır. Bu bilgi, kübitlerde veya bilgileri depolamak için kullanılan klasik bilgi işlem “bitlerinin” kuantum versiyonunda bulunur, bu da dolaşık hale gelir, yani bunlar birbirlerinden bağımsız olarak tanımlanamayacakları bir durumda bulunurlar.
İki kübit arasındaki dolaşma, kübitlerin "Bell durumlarında" olduğu söylendiğinde maksimize edilmiş kabul edilir.
Bu Bell durumlarını ölçmek, kuantum iletişimini gerçekleştirmek ve bir kuantum ağı boyunca dolaşıklığı dağıtmak için gerekli olan birçok protokolü gerçekleştirmek için kritik öneme sahiptir. Ve bu ölçümler uzun yıllardır yapılıyor olsa da, ekibin yöntemi, aynı anda iki farklı frekansta bulunan tek fotonları kullanan bir kuantum iletişim yöntemi olan frekans kutusu kodlaması için özel olarak geliştirilen ilk Bell durum analizörünü temsil ediyor.
ORNL araştırma bilimcisi Wigner Üyesi ve ekip üyesi Joseph Lukens, “Bu Bell durumlarını ölçmek kuantum iletişim için temeldir” diyor. "Işınlama ve dolaşıklık takası gibi şeyleri başarmak için bir Bell durum analizörüne ihtiyacınız var."
Işınlama, önemli bir fiziksel mesafe boyunca bir taraftan diğerine bilgi gönderme eylemidir ve dolaşıklık değiş tokuşu, daha önce dolaşmamış kübit çiftlerini dolaştırma yeteneğini ifade eder.
Lukens, "Bir fiber optik ağ üzerinden birbirine bağlı iki kuantum bilgisayarınız olduğunu hayal edin" diyor. “Uzamsal ayrılıkları nedeniyle kendi başlarına birbirleriyle etkileşime giremezler. Ancak, her birinin yerel olarak tek bir fotonla dolanabileceğini varsayalım. Bu iki fotonu optik fiberden aşağı gönderelim ve sonra birleştikleri yerde üzerlerinde bir Bell durumu ölçümü yapalım, sonuç, hiç etkileşimde bulunmamalarına rağmen iki uzak kuantum bilgisayarının artık birbirine dolanmış olmasıdır. Bu sözde dolaşıklık takası, karmaşık kuantum ağları oluşturmak için kritik bir yetenektir.”
Toplam dört Bell durumu olsa da, analiz cihazı herhangi bir zamanda yalnızca ikisini ayırt edebiliyor. Ancak sorun değil, çünkü diğer iki durumu ölçmek, şimdiye kadar gereksiz olan muazzam bir karmaşıklığın eklenmesini gerektirecektir.
Analizör simülasyonlarla tasarlanmıştır ve %98 doğruluk göstermiştir; Lukens, kalan %2'lik hata oranının analizörün kendisinden değil, test fotonlarının rastgele hazırlanmasından kaynaklanan kaçınılmaz gürültünün sonucu olduğunu söylüyor. Bu inanılmaz doğruluk, Lukens'in araştırmasının önceki odak noktası olan frekans kutuları için gerekli olan temel iletişim protokollerini sağlıyor.
2020 sonbaharında, Lukens ve Purdue'daki meslektaşları ilk olarak, bir kuantum ağı üzerinden bilgi aktarmak için tekli frekans kutusu kübitlerinin nasıl tam olarak kontrol edilebileceğini gösterdiler.
ORNL'de geliştirilen kuantum frekans işlemcisi olarak bilinen bir teknolojiyi kullanan araştırmacılar, yaygın olarak uygulanabilir kuantum kapıları veya kuantum iletişim protokollerini gerçekleştirmek için gerekli mantıksal işlemleri gösterdiler. Bu protokollerde, araştırmacıların, genellikle ağın başka yerlerindeki parçacıklar üzerinde gerçekleştirilen ölçümlere yanıt olarak, kullanıcı tanımlı bir şekilde fotonları manipüle edebilmeleri gerekir.
AND/OR gibi klasik bilgisayarlarda ve iletişim teknolojilerinde kullanılan geleneksel işlemler, dijital sıfırlar ve birler üzerinde ayrı ayrı çalışırken, kuantum kapıları, sıfırların ve birlerin eşzamanlı süperpozisyonları üzerinde çalışır ve kuantum bilgilerini geçerken korunur, gerçek kuantum ağını gerçekleştirmek için gerekli bir fenomendir.
Frekans kodlaması ve dolaşıklık birçok sistemde görünse ve fiber optik ile doğal olarak uyumlu olsa da, bu fenomenleri veri işleme ve işleme işlemlerini gerçekleştirmek için kullanmanın geleneksel olarak zor olduğu kanıtlanmıştır.
Bell durum analizörü tamamlandığında, Lukens ve meslektaşları, frekans kodlamasında türünün ilk örneği olacak eksiksiz bir dolaşıklık değiş tokuş deneyini genişletmeye çalışıyorlar. Bu araştırma, yakın zamanda DOE tarafından ödüllendirilen ORNL'nin Quantum-Accelerated Internet Testbed projesinin bir parçası olarak planlanmıştır.
Oak Ridge National Laboratory, 15 Nisan 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 17.08.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: Navin B. Lingaraju, Hsuan-Hao Lu, Daniel E. Leaird, Steven Estrella, Joseph M. Lukens ve Andrew M. Weiner, 4 Mart, 2022, Optica tarafından hazırlanan “spektral olarak farklı fotonlar için Bell durum analizörü”. DOI: 10.1364/OPTİKA.443302
Bu araştırma, kısmen DOE'nin Bilim Ofisi tarafından Erken Kariyer Araştırma Programı aracılığıyla finanse edildi.
UT-Battelle, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki fizik bilimlerinde temel araştırmaların en büyük tek destekçisi olan Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi için ORNL'yi yönetmektedir. Bilim Ofisi, zamanımızın en acil sorunlarından bazılarını ele almak için çalışıyor.
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.